排查EMI問題的實用性技巧

全世界幾乎所有政府都在嘗試控制他們國家生產(chǎn)的電子產(chǎn)品產(chǎn)生的有害電磁干擾(EMI)(見圖1)。為了向用戶提供一定的保護(hù)和安全等級，政府都會制訂涉及電子產(chǎn)品設(shè)計的非常特殊的一些規(guī)則和規(guī)定。

當(dāng)然這是好事。但這也意味著為了盡量減少他們的EMI特征并通過官方的EMI認(rèn)證測試，許多公司必須在產(chǎn)品設(shè)計和測試方面花費大量的人力物力。壞消息是，即使采用了好的設(shè)計原理、選擇了高質(zhì)量的元件并且仔細(xì)地表征了產(chǎn)品，當(dāng)進(jìn)行一致性測試時，如果測試并不是所有階段都進(jìn)展順利，那么EMI故障仍有可能影響到產(chǎn)品的發(fā)布日程。

通常公司為了避免這樣的情景出現(xiàn)，會在設(shè)計和原型建立階段做一些預(yù)先的一致性測量。更好的做法是在產(chǎn)品發(fā)出去做一致性測試之前就能夠確定和修復(fù)潛在的EMI問題。

當(dāng)然，大多數(shù)公司的實驗室并不具備做絕對EMI測量所需的測試室條件。好消息是，無需復(fù)制測試室條件就確定和解決EMI問題是完全可行的。本文討論的一些技術(shù)可以幫助你減少一個產(chǎn)品在測試室進(jìn)行最終完整的EMC一致性評估時失敗的風(fēng)險。本文還舉了一個確定信號特征和一致性以便找出EMI發(fā)射源的例子。

圖1：信號中不斷變化的電壓和電流會產(chǎn)生電磁場。

理解EMI報告

在討論排查技術(shù)之前，介紹一下EMI測試報告是很有必要的。乍一看，EMI報告似乎直接提供了有關(guān)特定頻率點故障的信息，因此事情看起來很簡單，就是使用報告中的數(shù)據(jù)確定設(shè)計中的哪個元件包含問題源頻率，并特別加以注意，以便通過下一輪測試。然而，雖然許多測試條件在報告中是明確表示的，但一些需要考慮的重要事情可能并不那么明顯。在審查設(shè)計并試圖判斷問題源時，理解測試室如何生成這種報告是很有幫助的。

請看圖2所示的EMI測試報告，這份報告顯示大約90MHz處有個故障。

圖2：這份EMI測試報告顯示大約90MHz處有個故障。

圖3是對應(yīng)的列表數(shù)據(jù)報告，其中詳細(xì)列出了測試頻率、測量得到的幅度、校準(zhǔn)后的校正因子以及調(diào)整后的場強。然后將調(diào)整后的場強與下一欄中的指標(biāo)進(jìn)行比較，確定余量或超額量，顯示在最右欄。

在圖3所示的余量欄中，你可以看到有一個峰值超出了這個規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在88.7291MHz處規(guī)定的極限，與規(guī)范相差-2.3。

圖3：這個列表數(shù)據(jù)對應(yīng)的是圖2，它顯示故障點位于88.7291MHz處，但有許多因素令人懷疑這是否是實際的頻率。

你完工了，是嗎?不，沒這么快。不要讓所有這些數(shù)字讓你相信這是問題EMI源的精確頻率。事實上，測試報告中給出的頻率很有可能不是實際的源頻率。國際無線電干擾特別委員會(CISPR)指出，在執(zhí)行輻射發(fā)射測試時，依據(jù)具體的頻率范圍必須使用不同的測試方法。每種范圍要求特定分辨率帶寬的濾波器和檢測器類型，如表1所示。濾波器帶寬決定了解析實際感興趣頻率的能力;這意味著頻率范圍在排查問題源好多方面會有變化。

表1：CISPR測試要求根據(jù)不同頻率范圍而有所變化，并影響頻率分辨率。

這里需要著重指出的是，對某些頻率范圍，CISPR測試要求提倡使用準(zhǔn)峰值(QP)這種檢測器類型，這將掩蓋實際頻率。通常EMI部門或外部實驗室一開始是使用簡單的峰值檢測器執(zhí)行掃描來發(fā)現(xiàn)問題區(qū)域的。但當(dāng)所發(fā)現(xiàn)的信號超過或接近規(guī)定極限時，他們也執(zhí)行準(zhǔn)峰值測量。準(zhǔn)峰值是EMI測量標(biāo)準(zhǔn)定義的一種方法，用來檢測信號包絡(luò)的加權(quán)峰值。它根據(jù)信號的持續(xù)時間和重復(fù)率對信號進(jìn)行加權(quán)，以便對從廣播角度看解釋為騷擾的信號施加更多的權(quán)重。與不頻發(fā)的脈沖相比，發(fā)生頻率更高的信號將導(dǎo)致更高的準(zhǔn)峰值測量結(jié)果。換句話說，問題信號發(fā)生的越頻繁，問題信號的絕對幅度就越可能被準(zhǔn)峰值測量所屏蔽。

好消息是，峰值和準(zhǔn)峰值掃描對預(yù)先一致性測試來說仍然是有用的。圖4給出了一個峰值和準(zhǔn)峰值檢測的例子。圖中顯示了峰值檢測和準(zhǔn)峰值檢測中都能看到的脈寬為8μs、重復(fù)率為10ms的信號。結(jié)果準(zhǔn)峰值的檢測結(jié)果比峰值低了10.1dB。

圖4：峰值檢測和準(zhǔn)峰值檢測的比較。

需要記住的一個好規(guī)則是，準(zhǔn)峰值檢測值總是小于或等于峰值檢測值，永遠(yuǎn)不會大于峰值檢測值。因此你可以使用峰值檢測來開展你的EMI排查和診斷。你不需要達(dá)到與EMI部門或?qū)嶒炇覓呙柰瘸潭鹊木?，因為測量都是相對值。如果你的實驗室報告中的準(zhǔn)峰值檢測值表明，設(shè)計超過了3dB，峰值檢測值超過了 6dB，那么你就知道你需要的修復(fù)工作是將信號減小3dB或更多。

測試室為出EMI報告而開展的掃描通常是在特殊條件下進(jìn)行的，你的公司實驗室也許無法復(fù)制這些條件。舉例來說，待測設(shè)備(DUT)可能放在一個轉(zhuǎn)盤上，以便于從多個角度收集信號。這種方位角信息是很有用的，因為它能指示問題發(fā)生的DUT區(qū)域?；蛘逧MI測試室可能在校準(zhǔn)過的射頻房內(nèi)開展他們的測量，并報告作為強場的測量結(jié)果。

幸運的是，你并不需要完全復(fù)制測試室的條件才能排查EMI測試故障。與在高度受控的EMI測試線上執(zhí)行的絕對測量不同，可以使用測試報告中的信息、深入理解用于產(chǎn)生報告的測量技術(shù)以及對待測設(shè)備周邊的相對觀察以隔離問題源并估計糾正有效性來開展問題的排查工作。

從哪里開始發(fā)現(xiàn)EMI輻射?